第五章 以ＨＯＹ無線平台進行內建自我測試電路量測結果
5.2 量測結果
在理想的情況下，BIST 電路計算出的雜訊與實際待測物的輸出響應在頻譜上 除了主頻率以外的地方會重合，這表示 BIST 電路精準的計算出主頻率的係數並 且將其從輸出響應中完全消除。由於 BIST 計算出的雜訊已經先行扣除待 BIST 計 算出的待測 ADC 偏移誤差，因此所有量測結果中輸出響應頻譜的來源也是擷取測 試電路中已經扣除偏移誤差的訊號。而待測 ADC 的輸出 SNDR 隨著測試輸入振幅 的增加而增加，在振幅為 0.5,即-6dB 時有著最高的 SNDR，因此將設定於-6dB 輸 入時輸入 1~22kHz 以 1kHz 的間隔進行頻率掃描，另外也在振幅較低的-60dB 時進 行同樣的動作。另外值得注意的是，由於待測 ADC 的操作頻率配合著 BIST 電路 升頻至 6.66MHz，因此所有原本設定的測試頻率將會變為6.66÷6.144≈1.085倍，
所以實際上的最高測試頻率約為22∗1.085=23.87kHz。
接續四頁分別為五個部份的實際量測結果，第一部份的圖 5.2.1，在
-6.02dB、1.085kHz 時待測 ADC 輸出與 BIST 計算結果在頻譜上幾乎完全重合，其 SNDR 誤差只有 0.04dB，換算成線性刻度約只有百分之 0.46 的差距，此值比待測 ADC 接收同樣兩次相同輸入所得的兩次輸出之 SNDR 相減值來的更小，而圖 5.2.2 中 BIST 計算出的雜訊頻譜在 1.085kHz 附近的能量密度與雜訊的能量密度大小都 在相近的層級，可以得知計算結果已經把主頻率的成分消除的非常乾淨。第二部
份圖 5.2.3 則是在最高頻附近的頻譜，同樣的也可以看出兩條曲線幾近重合，而 圖 5.2.4 中的雜訊頻譜也並未出現主頻率的成分。
第三部份與第四部份把振幅分別設定在-6dB、-60dB，將測試頻率由 1kHz 調 整至 22kHz 進行頻率掃描，繪製 BIST 電路與實際輸出響應之間 SNDR 的差別。由 結果得知無論是在較高或較低振幅時，最大誤差都不超過 0.43dB，平均誤差都不 超過 0.2dB。最後第五部份在 1.085kHz 時對待測 ADC 測試其輸入振幅的動態範 圍，由圖 5.2.7 可知 BIST 計算的結果最大誤差 0.50dB、平均誤差 0.16dB，忠實 的描繪出 ADC 的動態範圍曲線。
一、 -6.02dB、1.085kHz 之能量頻譜密度比較(圖 5.2.1、圖 5.2.2)
102 103 104
-120 -100 -80 -60 -40 -20 0
Frequency [Hz]
Power Spectral Density [dBFS/bin]
Offset-free ADC out BIST THD+N
Cumulative THD+N power of the offset-free ADC out Cumulative THD+N power
of the BIST THD+N SNDR Error = 0.04dB
圖 5.2.1 -6.02dB、1.085kHz 之能量頻譜密度比較
102 103 104
-120 -100 -80 -60 -40 -20 0
Frequency [Hz]
Power Spectral Density [dBFS/bin]
BIST THD+N
Cumulative THD+N power of the BIST THD+N
圖 5.2.2 -6.02dB、1.085kHz 之雜訊能量頻譜密度
二、 -6.02dB、23.4kHz 之能量頻譜密度比較(圖 5.2.3、圖 5.2.4)
0.5 1 1.5 2 2.5
x 104 -120
-100 -80 -60 -40 -20 0
Frequency [Hz]
Power Spectral Density [dBFS/bin]
Offset-free ADC out BIST THD+N
Cumulative THD+N power of the offset-free ADC out Cumulative THD+N power of the BIST THD+N
SNDR Error = 0.30dB
圖 5.2.3 -6.02dB、23.4kHz 之能量頻譜密度比較
0.5 1 1.5 2 2.5
x 104 -120
-100 -80 -60 -40 -20 0
Frequency [Hz]
Power Spectral Density [dBFS/bin]
BIST THD+N
Cumulative THD+N power of the BIST THD+N
圖 5.2.4 -6.02dB、23.4kHz 之雜訊能量頻譜密度
三、 -6.02dB 之頻率掃描(圖 5.2.5)
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Frequency [*1.085kHz]
SNDR [dB]
FFT result BIST result
Min Error = 0.04dB Max Error = 0.43dB Mean Error = 0.17dB
圖 5.2.5 -6.02dB 之頻率掃描 四、 -60dB 之頻率掃描(圖 5.2.6)
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Frequency [*1.085kHz]
SNDR [dB]
FFT result BIST result
Min Error = 0.0033dB Max Error = 0.39dB Mean Error = 0.17dB
圖 5.2.6 -60dB 之頻率掃描
五、 1.085kHz 之動態範圍掃描(圖 5.2.7)
-60 -50 -40 -30 -20 -10 -3
20 30 40 50 60 70 80
Amplitude [dB]
SNDR [dB]
FFT result BIST result
Min Error = 0.0059dB Max Error = 0.50dB Mean Error = 0.16dB
圖 5.2.7 1.085kHz 之動態範圍掃描
最後，將所有量測結果誤差記如下表 5-3：
表 5 - 3 實際測量結果誤差表 -6dBFS @
1 ~ 22kHz
-60dBFS @ 1 ~ 22kHz
1.085kHz @ -3 ~ -60dB Min Error 0.04dB 0.0033dB 0.0059dB Max Error 0.43dB 0.39dB 0.50dB Mean Error 0.17dB 0.17dB 0.16dB